JP4753307B2 - 作業機械における油圧制御システム - Google Patents

Description

本発明は、昇降する作業部を備えた作業機械において、作業部の有する位置エネルギーを回収、再利用することができる作業機械における油圧制御システムの技術分野に属するものである。

一般に、油圧ショベルやクレーン等の作業機械は、昇降自在な作業部を備えると共に、該作業部の昇降は、油圧ポンプから圧油供給される油圧シリンダの伸縮作動に基づいて行うように構成されているが、このものにおいて、従来、作業部の下降時に油圧シリンダの重量保持側油室から油タンクに排出される油は、作業部の自重による急激な落下を防止するため、油圧シリンダの油供給排出制御を行うコントロールバルブに設けられた絞りによってメータアウト制御されるように構成されている。つまり、地面より上方に位置している作業部は位置エネルギーを有しているが、該位置エネルギーは、前記コントロールバルブの絞りを通過するときに熱エネルギーに変換され、さらに該熱エネルギーはオイルクーラーによって大気中に放出されることになって、無駄なエネルギー損失となる。
そこで、作業部の有する位置エネルギーを回収、再利用するために、通常の油圧シリンダに加えて補助油圧シリンダ（アシストシリンダ）を設け、作業部の下降時に、補助油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油をアキュムレータに蓄圧すると共に、作業部の上昇時に、アキュムレータに蓄圧された圧油を補助シリンダの重量保持側に供給するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第２５８２３１０号公報

しかるに、前記特許文献１のものは、作業部の下降時に、補助油圧シリンダからの排出油はアキュムレータに蓄圧されるものの、作業部を昇降するために設けられる通常の油圧シリンダからの排出油は、コントロールバルブを経由して油タンクに排出されるようになっており、作業機の有する位置エネルギーのうちの一部しか回収されていないことになる。しかも、作業部の上昇時にアキュムレータに充分に蓄圧されていない場合には、油圧ポンプからコントロールバルブを介して通常の油圧シリンダに供給される圧油の一部が、補助油圧シリンダに供給されると共にアキュムレータ蓄圧用に用いられるように構成されているため、作業部の上昇速度が遅くなって、作業効率が低下するという問題がある。
そこで、補助油圧シリンダを設けることなく、作業部の下降時における通常の油圧シリンダからの排出油をアキュムレータに蓄圧すると共に、作業部の上昇時に該アキュムレータに蓄圧された圧油を油圧シリンダに供給することが提唱されるが、この場合、アキュムレータの蓄圧状態によっては油圧シリンダに充分な圧油供給を行えないことがある。しかるに、油圧シリンダへの圧油供給流量がアキュムレータの蓄圧状態によって左右されると、作業部の上昇速度を正確にコントロールできないことになって、作業性に劣るという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、作業部を昇降せしめる油圧シリンダと、油タンクから油を吸込んで吐出する第一メインポンプと、サクション油路から油を吸込んで吐出する専用ポンプと、作業部の下降時に油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油を蓄圧して作業部の上昇時に前記サクション油路に供給するアキュムレータとを備える一方、作業部の上昇時に、前記専用ポンプの吐出油を油圧シリンダの重量保持側油室に供給するように構成すると共に、アキュムレータからサクション油路への供給油量が不足する場合に、第一メインポンプの吐出油をサクション油路に供給するように構成したことを特徴とする作業機械における油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、作業部の下降時に、油圧シリンダの重量保持側油室から排出された油がアキュムレータに蓄圧される一方、作業部の上昇時には、アキュムレータからサクション油路に供給された圧油を吸込んで吐出する専用ポンプからの圧油が油圧シリンダの重量保持側油室に供給されることになるが、このものにおいて、アキュムレータからサクション油路への供給油量が不足する場合には、第一メインポンプの吐出油がサクション油路に供給されることになる。而して、アキュムレータの蓄圧量に依存することなく、専用ポンプから油圧シリンダの重量保持側油室への圧油供給を行えることになるが、上記専用ポンプは、アキュムレータに蓄圧された高圧の圧油を吸い込んで吐出するため、吸入側と吐出側との差圧が小さく、少ない所要動力で圧油供給を行うことができ、もって、作業部の下降時にアキュムレータに回収された位置エネルギーを作業部の上昇時に再利用できることになって、省エネルギー化に大きく貢献できる。
請求項２の発明は、油圧制御システムは、油タンクから油を吸込んで吐出する第二メインポンプを備えると共に、作業部の上昇時に、前記第二メインポンプからの供給流量を、専用ポンプからの供給流量に合流して油圧シリンダの重量保持側油室に供給するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の作業機械における油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、作業部の上昇時には、専用ポンプからの供給流量に第二メインポンプの供給流量が合流して油圧シリンダの重量保持側油室に供給されることになって、重量負荷に抗する方向の作業部上昇であっても、速度が低下してしまう惧れがなく、作業効率の向上に寄与できる。
請求項３の発明は、油圧制御システムは、アキュムレータの蓄圧量を検出するための蓄圧量検出手段を備えると共に、該蓄圧量検出手段により検出されたアキュムレータの蓄圧量に基づいて、第一メインポンプからサクション油路への圧油供給を行うように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械における油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、アキュムレータの蓄圧量に余裕があるのに第一メインポンプからサクション油路に圧油供給されてしまうような無駄を無くすことができると共に、アキュムレータが空になっても第一メインポンプからサクション油路への圧油供給が開始されないような不具合を、確実に回避することができる。
請求項４の発明は、油圧制御システムは、専用ポンプから油圧シリンダへの供給流量を制御する第三コントロールバルブを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の作業機械における油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、専用ポンプから油圧シリンダへの供給流量を、精度良くコントロールすることができる。
請求項５の発明は、油圧制御システムは、作業部の下降時に油圧シリンダの重量保持側油室から排出される圧油を、アキュムレータおよびサクション油路に供給する回収油路を備えると共に、専用ポンプは、作業部の下降時に、前記回収油路からサクション油路に供給される圧油を吸込んで油圧シリンダの反重量保持側油室に供給するように構成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の作業機械における油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、作業部の下降時に油圧シリンダの重量保持側油室から排出された圧油は、アキュムレータに蓄圧されると共に、専用ポンプの吸入側に供給されて該専用ポンプにより油圧シリンダの反重量側油室に供給されることになり、而して、作業部の有する位置エネルギーを、確実に回収、再利用できることになって、省エネルギー化に大きく貢献できる。
請求項６の発明は、回収油路に、油圧シリンダの重量保持側油室から排出される圧油の流量を制御する回収用バルブを配したことを特徴とする請求項５に記載の作業機械における油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、回収用バルブによって油圧シリンダの重量保持側油室からの排出流量を制御することで、作業部の下降速度を制御できることになって、良好な操作性を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は作業機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２の上方に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３のフロントに装着される作業部４等の各部から構成され、さらに該作業部４は、基端部が上部旋回体３に上下揺動自在に支持されるブーム５、該ブーム５の先端部に前後揺動自在に支持されるアーム６、該アーム６の先端部に取付けられるバケット７等から構成されている。

８は前記ブーム５を上下揺動せしめるべく伸縮作動する左右一対のブームシリンダ（本発明の油圧シリンダに相当する）であって、該ブームシリンダ８は、ヘッド側油室８ａ（本発明の重量保持側油室に相当する）の圧力によって作業部４の重量を保持すると共に、該ヘッド側油室８ａへの圧油供給およびロッド側油室８ｂ（本発明の反重量保持側油室に相当する）からの油排出により伸長してブーム５を上昇せしめ、また、ロッド側油室８ｂへの圧油供給およびヘッド側油室８ａからの油排出により縮小してブーム５を下降せしめるように構成されている。そして、前記ブーム５の上昇に伴い、作業部４の有する位置エネルギーが増加するが、該位置エネルギーは、後述する油圧制御システムによってブーム５の下降時に回収される一方、該回収されたエネルギーは、ブーム５の上昇時に利用されるようになっている。

次いで、前記油圧制御システムについて、図２、図３の回路図に基づいて説明するが、これらの図面において、９、１０は油圧ショベル１に搭載のエンジンＥにポンプドライブギア部Ｇを介して連結される第一、第二メインポンプであって、これら第一、第二メインポンプ９、１０は、油タンク１１から作動油を吸込んで第一、第二ポンプ油路１２、１３に吐出するように構成されている。尚、図２、図３中、丸付きの数字は結合子記号であって、対応する丸付き数字同士が接続される。

１４、１５は前記第一、第二メインポンプ９、１０の吐出流量制御を行う第一、第二レギュレータであって、該第一、第二レギュレータ１４、１５は、後述するコントローラ１６によって制御されるメインポンプ制御用電磁比例減圧弁１７からの制御信号圧を受けて、エンジン回転数と作業負荷に対応したポンプ出力にするべく作動すると共に、第一、第二メインポンプ９、１０の吐出圧力を受けて定馬力制御を行う。さらに第一、第二レギュレータ１４、１５は、後述する第一、第二コントロールバルブ１８、１９のスプールの移動ストロークに対応してポンプ流量を増減せしめるネガティブコントロール流量制御も行うように構成されている。

一方、前記第一、第二コントロールバルブ１８、１９は、第一、第二ポンプ油路１２、１３にそれぞれ接続される方向切換弁であって、これら第一、第二コントロールバルブ１８、１９は、ブームシリンダ８に対する油給排制御を行うべく作動する。尚、前記第一、第二メインポンプ９、１０は、ブームシリンダ８だけでなく、油圧ショベル１に設けられる他の複数の油圧アクチュエータ（図示しないが、走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、バケットシリンダ等）の圧油供給源となると共に、第一、第二ポンプ油路１２、１３には他の油圧アクチュエータ用のコントロールバルブも接続されるが、これらについては省略する。

前記第一コントロールバルブ１８は、上昇側、下降側パイロットポート１８ａ、１８ｂを備えたスプール弁で構成されており、そして、両パイロットポート１８ａ、１８ｂにパイロット圧が入力されていない状態では、第一メインポンプ９の圧油を後述するセンタバイパス弁路１８ｆを通過せしめて油タンク１１に流す中立位置Ｎに位置しているが、上昇側パイロットポート１８ａにパイロット圧が入力されることによりスプールが移動して、第一メインポンプ９の圧油を後述する連結油路６２に供給する一方、シリンダロッド側油路２１の油をリターン油路２２を経由して油タンク１１に流す上昇側位置Ｘに切換わる。また、下降側パイロットポート１８ｂにパイロット圧が入力されることにより、前記上昇側位置Ｘとは反対側にスプールが移動して、前記連結油路６２の油を再生用弁路１８ｃを経由してシリンダロッド側油路２１に流す下降側位置Ｙに切換るように構成されている。尚、前記シリンダロッド側油路２１は、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに油を給排するべくロッド側油室８ｂに接続される油路である。

ここで、前記下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８に設けられる再生用弁路１８ｃは、連結油路６２とシリンダロッド側油路２１とを連通する弁路であって、該再生用弁路１８ｃには、連結油路６２からシリンダロッド側油路２１への油の流れは許容するが逆方向の流れは阻止するチェック弁１８ｄと、絞り１８ｅとが配されている。而して、前述したように、第一コントロールバルブ１８が下降側位置Ｙのとき、連結油路６２の油は、再生用弁路１８ｃを介してシリンダロッド側油路２１に供給されるが、その流量は、再生用弁路１８ｃに配された絞り１８ｅの開口特性（該絞り１８ｅの開口特性は、第一コントロールバルブ１８のスプール移動ストロークに応じて設定される）と、連結油路６２とシリンダロッド側油路２１の差圧とによって変化するようになっている。

一方、第二コントロールバルブ１９は、上昇側パイロットポート１９ａを備えたスプール弁で構成されており、そして、上昇側パイロットポート１９ａにパイロット圧が入力されていない状態では、第二メインポンプ１０の圧油を後述するセンタバイパス弁路１９ｂを通過せしめて油タンク１１に流す中立位置Ｎに位置しているが、上昇側パイロットポート１９ａにパイロット圧が入力されることによりスプールが移動して、第二メインポンプ１０の圧油をシリンダヘッド側油路２０に供給する上昇側位置Ｘに切換るように構成されている。尚、前記シリンダヘッド側油路２０は、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに油を給排するべくヘッド側油室８ａに接続される油路である。

また、２３、２４、２５は第一上昇側、第一下降側、第二上昇側電磁比例減圧弁であって、これら各電磁比例減圧弁２３、２４、２５は、コントローラ１６からの制御信号に基づいて、前記第一コントロールバルブ１８の上昇側パイロットポート１８ａ、下降側パイロットポート１８ａ、第二コントロールバルブ１９の上昇側パイロットポート１９ａにそれぞれパイロット圧を出力するべく作動する。そして、これら第一上昇側、第一下降側、第二上昇側電磁比例減圧弁２３、２４、２５から出力されるパイロット圧の圧力の増減に対応して第一、第二コントロールバルブ１８、１９のスプールの移動ストロークが増減するようになっており、これによって、第一、第二コントロールバルブ１８、１９による流量の増減制御がなされるように構成されている。尚、図２、図３中、２６はパイロット油圧源となるパイロットポンプである。

さらに、前記第一、第二コントロールバルブ１８、１９に形成されるセンタバイパス弁路１８ｆ、１９ｂは、第一、第二メインポンプ９、１０の圧油を第一、第二ネガティブコントロールバルブ２７、２８を経由して油タンク１１に流すための弁路であって、該センタバイパス弁路１８ｆ、１９ｂの開度量は、第一、第二コントロールバルブ１８、１９が中立位置Ｎのときに最も大きく、上昇側位置Ｘに切換わったスプールの移動ストロークが大きくなるほど小さくなるように制御されるが、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８のセンタバイパス弁路１８ｆは、スプールの移動ストロークに拠らず大きな開口を維持する特性を有しており、これにより、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８のセンタバイパス弁路１８ｆの通過流量は、中立位置Ｎのときの通過流量から変化しないように設定されている。そして、上記センタバイパス弁路１８ｆ、１９ｂの通過流量は、ネガティブコントロール制御信号として前記第一、第二レギュレータ１４、１５に入力されて、センタバイパス弁路１８ｆ、１９ｂの通過流量が少なくなるほど第一、第二メインポンプ９、１０の吐出流量が増加する、所謂ネガティブコントロール流量制御が行われるようになっている。ここで、前述したように、第一コントロールバルブ１８のセンタバイパス弁路１８ｆの通過流量は、下降側位置Ｙに切換わっても中立位置Ｎのときと変化せず、而して、第一コントロールバルブ１８が下降側位置Ｙのときの第一メインポンプ９の吐出流量は、ネガティブコントロール流量制御によって最小となるように制御されるようになっている。

また、２９は前記シリンダヘッド側油路２０に配されるドリフト低減弁、３０はコントローラ１６からのＯＮ信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるドリフト低減弁用電磁切換弁であって、上記ドリフト低減弁２９は、前記第二コントロールバルブ１９および後述する第三コントロールバルブ３７からブームシリンダ８のヘッド側油室８ａへの油の流れは常時許容するが、逆方向の流れは、ドリフト低減弁用電磁切換弁３０がＯＦＦ位置Ｎのときには阻止し、ＯＮ位置Ｘのときのみ許容するように構成されている。尚、３１はシリンダヘッド側油路２０に接続されるリリーフ弁であって、該リリーフ弁３１によって、シリンダヘッド側油路２０の最高圧力が制限されている。

一方、３２は専用ポンプであって、このものもポンプドライブギア部Ｇを介してエンジンＥに連結されているが、該専用ポンプ３２は、サクション油路３３から供給される油を吸込んで専用ポンプ油路３４に吐出すると共に、専用ポンプ３２の吐出流量制御は、コントローラ１６から出力される制御信号に基づいて作動する専用ポンプ用レギュレータ３５によって行われるように構成されている。

ここで、前記サクション油路３３には、後述するアキュムレータ油路４２、前記連結油路６２、および後述する回収油路４０が接続されている。そして専用ポンプ３２は、後述するように、アキュムレータ油路４２から供給されるアキュムレータ３６の蓄圧油、あるいは連結油路６２から供給される第一メインポンプ９の吐出油、あるいは回収油路４０から供給されるブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの排出油を吸込んで、専用ポンプ油路３４に吐出するようになっている。

３７は前記専用ポンプ油路３４に接続される第三コントロールバルブであって、該第三コントロールバルブ３７は、コントローラ１６からの制御信号に基づいて、専用ポンプ３２から吐出される圧油を、ブームシリンダ８に供給するべく作動する。

前記第三コントロールバルブ３７について詳細に説明すると、該第三コントロールバルブ３７は、コントローラ１６からの制御信号が入力される第三上昇側、第三下降側電油変換弁３８、３９の作動に基づいてスプールが移動する方向切換弁であって、両電油変換弁３８、３９に作動信号が入力されていない状態では、専用ポンプ３２の吐出油を油タンク１１に流す中立位置Ｎに位置しているが、第三上昇側電油変換弁３８に作動信号が入力されることによりスプールが移動して、専用ポンプ３２の吐出油をシリンダヘッド側油路２０に供給する一方、シリンダロッド側油路２１の油をリターン油路２２を経由して油タンク１１に流す上昇側位置Ｘに切換わる。また、第三下降側電油変換弁３９に作動の制御信号が入力されることにより、前記上昇側位置Ｘとは反対側にスプールが移動して、専用ポンプ３２の吐出油をシリンダロッド側油路２１に供給する下降側位置Ｙに切換るように構成されている。

前記第三コントロールバルブ３７のスプールの移動ストロークは、コントローラ１６から第三上昇側、第三下降側電油変換弁３８、３９に入力される作動信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして該スプールの移動ストロークの増減制御によって、第三コントロールバルブ３７からブームシリンダ８への給排流量の増減制御がなされるように構成されている。

さらに、４０は前記シリンダヘッド側油路２０から分岐形成される回収油路であって、該回収油路４０には、回収用バルブ４１が配されていると共に、該回収用バルブ４１の下流側で、アキュムレータ油路４２と前記サクション油路３３とに接続されている。さらに、回収油路４０には、シリンダヘッド側油路２０からアキュムレータ油路４２およびサクション油路３３への油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁４３が配されている。而して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからシリンダヘッド側油路２０に排出された油を、回収油路４０を経由して、アキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に供給することができるようになっている。

前記回収用バルブ４１は、コントローラ１６からの制御信号が入力される回収用電油変換弁４４の作動に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、回収用電油変換弁４４に作動信号が入力されていない状態では、回収油路４０を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、回収用電油変換弁４４に作動信号が入力されることによりスプールが移動して、回収油路４０を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。

前記回収用バルブ４１のスプールの移動ストロークは、コントローラ１６から回収用電油変換弁４４に入力される作動信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして、該スプールの移動ストロークの増減制御によって、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから回収油路４０を経由してアキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に流れる流量の増減制御がなされるように構成されている。

一方、アキュムレータ油路４２は、前記回収油路４０からアキュムレータチェックバルブ４５を経由してアキュムレータ３６に至る油路であって、該アキュムレータ油路４２の最高圧力は、アキュムレータ油路４２に接続されるリリーフ弁４６によって制限されている。尚、本実施の形態において、アキュムレータ３６は、油圧エネルギー蓄積用として最適なブラダ型のものが用いられているが、これに限定されることなく、例えばピストン型のものであっても良い。

前記アキュムレータチェックバルブ４５は、ポペット弁４７と、コントローラ１６から出力されるＯＮ信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８とを用いて構成されている。そして、上記ポペット弁４７は、回収油路４０からアキュムレータ３６への油の流れは、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８がＯＦＦ位置Ｎ、ＯＮ位置Ｘの何れであっても許容するが、アキュムレータ３６からサクション油路３３への油の流れは、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８がＯＦＦ位置Ｎに位置しているときには阻止し、ＯＮ位置Ｘに位置しているときのみ許容するように構成されている。尚、回収油路４０からアキュムレータ３６への油の流れは、前述したようにアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８がＯＦＦ位置Ｎ、ＯＮ位置Ｘの何れであっても許容されるが、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８がＯＮ位置Ｘに位置している状態では、アキュムレータ油路４２の圧力がポペット弁４７の弁路を閉じる方向に作用しなくなるため、殆ど圧力損失のない状態で回収油路４０からアキュムレータ油路４２に油を流すことができる。

さらに、４９は前記サクション油路３３から分岐形成されて油タンク１１に至る排出油路であって、該排出油路４９には、タンクチェックバルブ５０が配されている。

前記タンクチェックバルブ５０は、ポペット弁５１と、コントローラ１６から出力されるＯＮ信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるタンクチェックバルブ用電磁切換弁５２とを用いて構成されている。上記ポペット弁５１は、サクション油路３３から油タンク１１への油の流れを、タンクチェックバルブ用電磁切換弁５２がＯＮ位置Ｘに位置しているときのみ許容し、ＯＦＦ位置Ｎに位置しているときには阻止するようになっている。そして、例えば、油圧ショベル１の作業終了時やメンテナンス時等に、前記アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８およびタンクチェックバルブ用電磁切換弁５２を共にＯＮ位置Ｘに切換えることにより、アキュムレータ３６に蓄圧された圧油を油タンク１１に放出することができるようになっている。

一方、前記コントローラ１６は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、図４のブロック図に示すごとく、図示しないブーム用操作レバーの操作方向および操作量を検出するブーム操作検出手段５３、第一メインポンプ９の吐出圧を検出するべく第一ポンプ油路１２に接続される第一吐出側圧力センサ５４、第二メインポンプ１０の吐出圧を検出するべく第二吐出側ポンプ油路１３に接続される第二吐出側圧力センサ５５、専用ポンプ３２の吐出圧を検出するべく専用ポンプ油路３４に接続される第三吐出側圧力センサ５６、専用ポンプ３２の吸入側の圧力を検出するべくサクション油路３３に接続される吸入側圧力センサ５７、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａの圧力を検出するべくシリンダヘッド側油路２０に接続されるシリンダヘッド側圧力センサ５８、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂの圧力を検出するべくシリンダロッド側油路２１に接続されるシリンダロッド側圧力センサ５９、アキュムレータ３６の圧力を検出するべくアキュムレータ油路４２に接続されるアキュムレータ用圧力センサ６０等からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて、前述のメインポンプ制御用電磁比例減圧弁１７、第一上昇側電磁比例減圧弁２３、第一下降側電磁比例減圧弁２４、第二上昇側電磁比例減圧弁２５、ドリフト低減弁用電磁切換弁３０、専用ポンプ用レギュレータ３５、第三上昇側電油変換弁３８、第三下降側電油変換弁３９、回収用電油変換弁４４、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８、タンクチェックバルブ用電磁切換弁５２等に制御信号を出力する。

ここで、６１はコントローラ１６に設けられる蓄圧量判断部であって、該蓄圧量判断部６１は、アキュムレータ用圧力センサ６０（本発明の蓄圧量検出手段に相当する）から入力されるアキュムレータ油路４２の圧力に基づいて、現在のアキュムレータ３６の蓄圧量が、ブームシリンダ８に必要流量の圧油を供給できる最小の蓄圧量として予め設定される所定量以上であるか否かの判断を行う。

次いで、ブーム用操作レバーがブーム上昇側に操作された場合、つまりブーム操作検出手段５３からブーム上昇側操作の検出信号が入力された場合のコントローラ１６の制御について説明すると、コントローラ１６は、ブーム上動側の操作中、常に、前記蓄圧量判断部６１において、現在のアキュムレータ３６の蓄圧量が所定量以上であるか否かを判断する。

前記蓄圧量判断部６１の判断において、アキュムレータ３６の蓄圧量が所定量以上であると判断された場合、コントローラ１６は、メインポンプ制御用電磁比例減圧弁１７に対し、エンジン回転数に対応したポンプ出力になるよう制御信号を出力すると共に、第二上昇側電磁比例減圧弁２５に対し、第二コントロールバルブ１９の上昇側パイロットポート１９ａに、ブーム用操作レバーの操作量に対応したパイロット圧を出力するように制御信号を出力する。これにより第二コントロールバルブ１９は、ブーム用操作レバーの操作量に対応したストローク分スプールが移動して、上昇側位置Ｘに切換わる。而して、第二メインポンプ１０の吐出油が、上昇側位置Ｘの第二コントロールバルブ１９を経由してシリンダヘッド側油路２０に流れて、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給される。

さらにコントローラ１６は、専用ポンプ用レギュレータ３５に対し、専用ポンプ３２の吐出流量がブーム用操作レバーの操作量に対応した流量となるように制御指令を出力すると共に、第三上昇側電油変換弁３８に対して、ブーム操作レバーの操作量に対応した信号値の作動信号を出力する。これにより第三コントロールバルブ３７は、ブーム用操作レバーの操作量に対応したストローク分スプールが移動して、上昇側位置Ｘに切換わる。而して、専用ポンプ３２の吐出油が上昇側位置Ｘの第三コントロールバルブ３７を経由してシリンダヘッド側油路２０に流れ、該シリンダヘッド側油路２０において前述した第二メインポンプ１０の吐出油と合流して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給される。一方、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂの油は、上昇側位置Ｘの第三コントロールバルブ３７を経由して油タンク１１に排出される。

さらにコントローラ１６は、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８に対し、ＯＮ位置Ｘに切換わるようＯＮ信号を出力する。これにより、アキュムレータチェックバルブ４５は、アキュムレータ油路４２からサクション油路３３への油の流れを許容する状態になる。而して、アキュムレータ３６に蓄圧された圧油がサクション油路３３を経由して、専用ポンプ３２の吸入側に供給される。

一方、コントローラ１６から第一上昇側、第一下降側電磁比例減圧弁２３、２４にパイロット圧出力の制御信号は出力されず、第一コントロールバルブ１８は中立位置Ｎに保持される。これにより、第一メインポンプ９の吐出油は連結油路６２に供給されないと共に、ネガティブコントロール流量制御によって、第一メインポンプ９の流量は最小となるように制御される。

さらに、コントローラ１６から回収用電油変換弁４４に作動信号は出力されず、回収用バルブ４１は、回収油路４０を閉じる閉位置Ｎに位置している。これにより、前述した第二コントロールバルブ１９および第三コントロールバルブ３７からの供給圧油がアキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に流れることなく、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給されるようになっている。

一方、前記蓄圧量判断部６１の判断において、現在のアキュムレータ３６の蓄圧量が所定量未満であると判断された場合、コントローラ１６は、第一上昇側電磁比例減圧弁２３に対し、第一コントロールバルブ１８の上昇側パイロットポート１８ａに、ブーム用操作レバーの操作量に対応したパイロット圧を出力するように制御信号を出力する。これにより第一コントロールバルブ１８は、ブーム用操作レバーの操作量に対応したストローク分スプールが移動して、上昇側位置Ｘに切換わる。而して、第一メインポンプ９の吐出油が、上昇側位置Ｘの第一コントロールバルブ１８から連結油路６２を経由してサクション油路３３に供給され、該サクション油路３３から専用ポンプ３２の吸入側に供給される。

また、メインポンプ制御用電磁比例減圧弁１７、第二上昇側電磁比例減圧弁２５、専用ポンプ用レギュレータ３５、第三上昇側電油変換弁３８、回収用電油変換弁４４に対しては、前述したアキュムレータ３６の蓄圧量が所定量以上の場合と同様の制御を行う。つまり、アキュムレータ３６の蓄圧量が所定量未満であると判断された場合も、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａには、上昇側位置Ｘの第二コントロールバルブ１９を経由する第二メインポンプ１０の吐出油と、上昇側位置Ｘの第三コントロールバルブ３７を経由する専用ポンプ３２の吐出油とが合流して供給されるようになっている。

而して、ブーム５の上昇時に、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａには、専用ポンプ３２から供給される一ポンプ分の流量と第二メインポンプ１０から供給される一ポンプ分の流量とが合流して供給されることになって、作業部４の重量負荷に抗するブーム５の上昇であっても、ブーム用操作レバーの操作量に対応する所望の速度でブーム５を上昇せしめることができるが、この場合、上記専用ポンプ３２の吸入側に接続されるサクション油路３３には、アキュムレータ３６の蓄圧量が所定量以上のときには該アキュムレータ３６の蓄圧油が供給される一方、アキュムレータ３６の蓄圧量が所定量未満のときには、第一メインポンプ９の吐出油が連結油路６２を経由して供給されることになる。これにより、専用ポンプ３２は、アキュムレータ３６の蓄圧量に依存することなく、ブーム用操作レバーの操作によって要求される流量の圧油を供給できるようになっている。

次に、ブーム用操作レバーがブーム下降側に操作された場合、つまりブーム操作検出手段５３からブーム下降側操作の検出信号が入力された場合のコントローラ１６の制御について説明するが、この場合、前記蓄圧量判断部６１によるアキュムレータ３６の蓄圧量の判断は行われず、以下の制御が実行される。

コントローラ１６は、専用ポンプ用レギュレータ３５に対し、専用ポンプ３２の吐出流量がブーム用操作レバーの操作量に対応した流量となるように制御指令を出力すると共に、第三下降側電油変換弁３９に対して、ブーム操作レバーの操作量に対応した信号値の作動信号を出力する。これにより第三コントロールバルブ３７は、ブーム用操作レバーの操作量に対応したストローク分スプールが移動して、下降側位置Ｙに切換わる。而して、専用ポンプ３２の吐出油が下降側位置Ｙの第三コントロールバルブ３７を経由してシリンダロッド側油路２１に流れ、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに供給される。

さらにコントローラ１６は、ドリフト低減弁用電磁比例減圧弁３０に対し、ＯＮ位置Ｘに切換わるようＯＮ信号を出力する。これにより、ドリフト低減弁２９は、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの油排出を許容する状態になる。

さらにコントローラ１６は、回収用電油変換弁４４に対し、ブーム操作レバーの操作量に対応した信号値の作動信号を出力する。これにより回収用バルブ４１は、ブーム用操作レバーの操作量に対応したストローク分スプールが移動して、回収油路４０を開く開位置Ｘに切換わる。而して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出された油は、回収油路４０を経由してアキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に流れて、アキュムレータ３６に蓄圧されると共に専用ポンプ３２の吸入側に供給される。さらに、ヘッド側油室８ａからの排出油の一部は、サクション油路３３から連結油路６２に流れて、後述するように、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８を経由してロッド側油室８ｂに供給される。さらにこのとき、コントローラ１６は、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８に対し、ＯＮ位置Ｘに切換るようＯＮ信号を出力する。これにより、殆ど圧力損失のない状態で回収油路４０からアキュムレータ油路４２に油を流すことができるようになっている。

さらにコントローラ１６は、メインポンプ制御用電磁比例減圧弁１７に対し、ポンプ出力を低減せしめるよう制御信号を出力すると共に、第一下降側電磁比例減圧弁２４に対し、第一コントロールバルブ１８の下降側パイロットポート１８ｂに、ブーム用操作レバーの操作量に対応したパイロット圧を出力するように制御信号を出力する。これにより第一コントロールバルブ１８は、ブーム用操作レバーの操作量に対応したストローク分スプールが移動して、下降側位置Ｙに切換わる。而して、第一メインポンプ９の吐出油は、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８のセンタバイパス弁路１８ｆを経由して油タンク１１に流れるが、この場合、前述したように、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８のセンタバイパス弁路１８ｆは、スプールの移動ストロークが最大のときでも大きく開いており、センタバイパス弁路１８ｆの通過流量は中立位置Ｎのときから減少しない。よって、第一メインポンプ９の吐出流量は、ネガティブコントロール流量制御によって最小となるように制御されるようになっている。さらに、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８の再生用弁路１８ｃを経由して、連結油路６２の油がシリンダロッド側油路２１からブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに供給されるようになっているが、上記連結油路６２には、前述したように、ヘッド側油室８ａからの排出油の一部が、回収油路４０、サクション油路３３を経由して流れるようになっている。而して、ヘッド側油室８ａからの排出油の一部は、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８の再生用弁路１８ｃを経由してロッド側油室８ｂに供給される、つまり再生されることになるが、該再生流量は、再生用弁路１８ｃに配された絞り１８ｅによって、ブーム用操作レバーの操作量により増減するスプールの移動ストロークに応じて増減制御されるようになっている。
尚、第二コントロールバルブ１９は、ブーム５の下降時には中立位置Ｎに保持され、而して、ブームシリンダ８に対する油給排を行わないと共に、第二メインポンプ１０の吐出流量も、ネガティブコントロール流量制御によって最小となるように制御されるようになっている。

而して、ブーム５の下降時に、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される油は、作業部４の有する位置エネルギーにより高圧となっていると共に、ピストン８ｃに作用する受圧面積の関係からロッド側油室８ｂへの供給量に対して略２倍の排出量となるが、該ヘッド側油室８ａからの排出油は、回収油路４０を経由してアキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に流れ、さらに該サクション油路３３から連結油路６２に流れる。そして、サクション油路３３に流れた油は、専用ポンプ３２の吸入側に供給され、該専用ポンプ３２からロッド側油室８ｂに供給される一方、連結油路６２に流れた油は、第一コントロールバルブ１８を経由してロッド側油室８ｂに供給される。また、アキュムレータ油路４２に供給された圧油はアキュムレータ３６に蓄圧されて、前述したように、ブーム５の上昇時に専用ポンプ３２からヘッド側油室８ａに供給されることになる。而して、作業部４の有する位置エネルギーを、無駄にすることなく回収、再利用できるようになっている。

叙述の如く構成された本形態において、ブームシリンダ８は、ヘッド側油室８ａの圧力で作業部４の重量を保持すると共に、ヘッド側油室８ａへの圧油供給およびロッド側油室８ｂからの油排出により伸長してブーム５を上昇せしめ、また、ロッド側油室８ｂへの圧油供給およびヘッド側油室８ａからの油排出により縮小してブーム５を下降せしめることになるが、該ブームシリンダ８の油圧制御システムには、油タンク１１から油を吸込んで吐出する第一メインポンプ９と、サクション油路３３から油を吸込んで吐出する専用ポンプ３２とが設けられていると共に、ブーム５の下降時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出された油を蓄圧して上記サクション油路３３に供給するアキュムレータ３６が設けられている。そして、前記専用ポンプ３２は、ブーム５の上昇時にヘッド側油室８ａへの圧油供給を行うが、該専用ポンプ３２の吸入側に接続されるサクション油路３３には、アキュムレータ３６に所定量以上の圧油が蓄圧されている場合は、該アキュムレータ３６の蓄圧油が供給される一方、アキュムレータ３６の蓄圧量が充分でなくアキュムレータ３６からサクション油路３３への供給油量が不足する場合には、第一メインポンプ９の吐出油がサクション油路３３に供給されることになる。

而して、ブーム５の上昇時にブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに圧油を供給する専用ポンプ３２は、アキュムレータ３６に所定量以上の圧油が蓄圧されている場合には、該アキュムレータ３６からサクション油路３３に供給された圧油を吸込んで吐出することになるが、この場合、アキュムレータ３６の蓄圧油は所定以上の圧力を有しているから吸入側と吐出側との差圧が小さく、油タンク１１の油を吸込んで吐出する第一、第二メインポンプ９、１０と比して、大幅に少ない所要動力で圧油供給を行うことができる。この結果、ブーム５の下降時にアキュムレータ３６に回収された位置エネルギーをブーム５の上昇時に再利用できることになって、省エネルギー化に大きく貢献できる。

一方、アキュムレータ３６の蓄圧量が充分でなくアキュムレータ３６からサクション油路３３への供給流量が不足する場合は、第一メインポンプ９の吐出油がサクション油路３３に供給されることになり、而して、専用ポンプ３２は、アキュムレータ３６の蓄圧量に依存することなく、ブーム用操作レバーの操作によって要求される流量の圧油をヘッド側油室８ａに供給することができる。しかも、専用ポンプ３２からヘッド側油室８ａへの供給流量を制御するにあたり、アキュムレータ３６の蓄圧量によって異なる制御を行う必要がないから、制御が容易であるという利点がある。

そのうえ、専用ポンプ３２からブームシリンダ８への供給流量を制御する第三コントロールバルブ３７が設けられているため、該第三コントロールバルブ３７によって、専用ポンプ３２からブームシリンダ８への供給流量を精度良くコントロールすることができる。

さらに、ブームシリンダ８の油圧制御システムには、油タンク１１から油を吸込んで吐出する第二メインポンプ１０が設けられていると共に、ブーム５の上動時には、第二メインポンプ１０からの供給流量と前記専用ポンプ３２からの供給流量とが合流してヘッド側油室８ａに供給されることになる。この結果、ヘッド側油室８ａには二ポンプ分の流量の圧油供給がなされることになって、作業部４の重量負荷に抗する方向のブーム上昇であっても、ブーム用操作レバーの操作量に対応する所望の速度でブーム５を上昇せしめることができる。

また、アキュムレータ３６の蓄圧量は、アキュムレータ用圧力センサ６０から入力されるアキュムレータ油路４２の圧力に基づいて検出されると共に、該検出されたアキュムレータ３６の蓄圧量に基づいて、第一メインポンプ９からサクション油路３３への圧油供給が行われる構成になっているから、アキュムレータ３６の蓄圧量に余裕があるのに第一メインポンプ９からサクション油路３３に圧油供給されてしまうような無駄を無くすことができると共に、アキュムレータ３６が空になっても第一メインポンプ９からサクション油路３３への圧油供給が開始されないような不具合を、確実に回避することができる。

一方、ブーム５の下降時に、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される圧油は、作業部４の有する位置エネルギーにより高圧となっていると共に、ピストン８ｃに作用する受圧面積の関係からロッド側油室８ａへの供給量に対して略２倍の排出量となるが、該ヘッド側油室８ａからの排出油は、回収油路４０を経由してアキュムレータ油路４２に流れてアキュムレータ３６に蓄圧されると共に、サクション油路３３に流れて専用ポンプ３２の吸入側に供給される。そして専用ポンプ３２は、回収油路４０から供給されるヘッド側油室８ａからの排出油を吸込んでブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに供給することになるが、この場合に専用ポンプ３２は、ヘッド側油室８ａから排出される高圧の圧油を吸い込んで吐出するため、吸入側と吐出側との差圧が小さく、少ない所要動力で圧油供給を行うことができる。尚、本実施の形態では、回収油路４０からサクション油路３３に流れた排出油の一部は、連結油路６２を経由して第一コントロールバルブ１８に流れ、該コントロールバルブ１８を介してロッド側油室８ｂに供給される。

この結果、ブーム５の下降時にヘッド側油室８ａから排出される圧油は、アキュムレータ３６に蓄圧されて前述したようにブーム５の上昇時に再利用されると共に、専用ポンプ３２の吸入側に供給されて該専用ポンプ３２からロッド側油室８ｂに供給されることになり、而して、作業部４の有する位置エネルギーを、確実に回収、再利用することができることになって、省エネルギー化に大きく貢献できる。

しかも、前記ヘッド側油室８ａからの排出油をアキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に流す回収油路４０には、ヘッド側油室８ａからの排出油の流量を制御する回収用バルブ４１が配されている。而して、該回収用バルブ４１によってヘッド側油室８ａからの排出流量を制御することで、ブーム５の下降速度をブーム操作レバーの操作量に対応するよう制御できることになって、良好な操作性を得ることができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、上記実施の形態では、油圧ショベルのブームシリンダの油圧制御システムを例にとって説明したが、本発明は、作業部を昇降せしめる各種油圧シリンダの油圧制御システムに実施することができる。
また、上記実施の形態では、油圧シリンダに圧油供給するポンプとして、専用ポンプおよび第一メインポンプに加えて第二メインポンプを設け、これにより重量負荷に抗する方向の作業部上昇時に二ポンプ分の流量の圧油供給を行えるようにしたものであるが、第二メインポンプが設けられていない場合であっても、本発明を実施することは可能である。

油圧ショベルの側面図である。 油圧制御システムの回路図である。 油圧制御システムの回路図である。 コントローラの入出力を示すブロック図である。

符号の説明

４ 作業部
８ ブームシリンダ
８ａ ヘッド側油室
８ｂ ロッド側油室
９ 第一メインポンプ
１０ 第二メインポンプ
１１ 油タンク
３２ 専用ポンプ
３３ サクション油路
３６ アキュムレータ
３７ 第三コントロールバルブ
４０ 回収油路
４１ 回収用バルブ
６０ アキュムレータ用圧力センサ
６２ 連結油路

Claims (6)

1. 作業部を昇降せしめる油圧シリンダと、油タンクから油を吸込んで吐出する第一メインポンプと、サクション油路から油を吸込んで吐出する専用ポンプと、作業部の下降時に油圧シリンダの重量保持側油室から排出される油を蓄圧して作業部の上昇時に前記サクション油路に供給するアキュムレータとを備える一方、作業部の上昇時に、前記専用ポンプの吐出油を油圧シリンダの重量保持側油室に供給するように構成すると共に、アキュムレータからサクション油路への供給油量が不足する場合に、第一メインポンプの吐出油をサクション油路に供給するように構成したことを特徴とする作業機械における油圧制御システム。
2. 油圧制御システムは、油タンクから油を吸込んで吐出する第二メインポンプを備えると共に、作業部の上昇時に、前記第二メインポンプからの供給流量を、専用ポンプからの供給流量に合流して油圧シリンダの重量保持側油室に供給するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の作業機械における油圧制御システム。
3. 油圧制御システムは、アキュムレータの蓄圧量を検出するための蓄圧量検出手段を備えると共に、該蓄圧量検出手段により検出されたアキュムレータの蓄圧量に基づいて、第一メインポンプからサクション油路への圧油供給を行うように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の作業機械における油圧制御システム。
4. 油圧制御システムは、専用ポンプから油圧シリンダへの供給流量を制御する第三コントロールバルブを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の作業機械における油圧制御システム。
5. 油圧制御システムは、作業部の下降時に油圧シリンダの重量保持側油室から排出される圧油を、アキュムレータおよびサクション油路に供給する回収油路を備えると共に、専用ポンプは、作業部の下降時に、前記回収油路からサクション油路に供給される圧油を吸込んで油圧シリンダの反重量保持側油室に供給するように構成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の作業機械における油圧制御システム。
6. 回収油路に、油圧シリンダの重量保持側油室から排出される圧油の流量を制御する回収用バルブを配したことを特徴とする請求項５に記載の作業機械における油圧制御システム。

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